DE19512270A1

DE19512270A1 - Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19512270A1
Application number: DE1995112270
Authority: DE
Inventors: Ralf-Michael Dr Ing Schmidt; Uwe Dipl Ing Breidenbach
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1995-04-01
Filing date: 1995-04-01
Publication date: 1996-09-26

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzanlage zur intermittierenden Zufuhr von Kraftstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Sogenannte Common-Rail Systeme mit einer zentralen Pumpe zur Förderung von Kraftstoff in einen sogenannten Common-Rail Druckspeicher versorgen Einspritzventile kontinuierlich und stoßfrei über getrennte Leitungen mit Kraftstoff, so daß die Einspritzungen von Druckschwankungen entkoppelt sind, die bei herkömmlichen, von Brennkraftmaschinen direkt angetriebenen Einspritzpumpen bei großen Drehzahlunterschieden auftreten.

Aus dem Aufsatz von Gerhard Lehner, "Dieseleinspritzung für Großmotoren" in der MTZ, Motortechnische Zeitschrift, 55 (1994) 9, Seite 511, 512 ist eine Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen mit elektrisch betätigten Einspritzventilen für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine bekannt. Eine kontinuierlich fördernde Kraftstoffpumpe versorgt einen Common-Rail Druckspeicher mit Kraftstoff, und eine Leitung führt von dem Common-Rail Druckspeicher zu jedem Einspritzventil. Ein im Einspritzventil von einer ersten Feder auf einen Ventilsitz gedrücktes Magnetventil steuert eine Verbindung von dem Common-Rail Druckspeicher über einen Kanal zu einem Druckraum. Ein von einer zweiten Feder in Schließrichtung beaufschlagtes Ventilglied gibt Einspritzöffnungen im Einspritzventil frei, wenn das Magnetventil die Verbindung zum Druckraum freigibt, und schließt die Einspritzöffnungen, wenn das Magnetventil die Verbindung zum Druckraum schließt. Ein Zwischenspeicher ist in jeder Leitung vom Common-Rail Druckspeicher zu jedem Einspritzventil vorgesehen. Zwischenspeicher werden deshalb vorgesehen, weil sie sehr nahe am Einspritzventil angeordnet werden können, wodurch der Vorteil erreicht wird, daß bei den Einspritzungen Kraftstoff schneller nachströmen kann, als es von einem entfernten, zentral angeordneten Hauptspeicher möglich ist. Ein Nachteil der Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen mit Zwischenspeicher nach dem genannten Stand der Technik besteht darin, daß es Betriebspunkte gibt, für die der Einspritzverlauf ungünstig ist, so daß keine optimale Verbrennung bzw. zu hohe Druckanstiegsgeschwindigkeiten dp/dt erzielt werden, mit der Folge hoher Geräuschbildung und hohen mechanischen Belastungen. Aufgrund solcher hoher mechanischer Belastungen muß dann der Verbrennungsenddruck oder die Motorleistung reduziert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen zu schaffen, die eine Verbrennung mit modulierbaren Druckanstiegsgeschwindigkeiten dp/dt ermöglicht.

Die Lösung erfolgt mit einer Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Gemäß der Erfindung ist eine Kraftstoffeinspritzanlage zur intermittierenden Zufuhr von Kraftstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, mit elektrisch betätigten Einspritzventilen für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine und einem von einer kontinuierlich fördernden Kraftstoffpumpe beaufschlagten Common-Rail Druckspeicher, von dem eine Leitung mit Zwischenspeicher zu jeweils einem Ringraum in jedem Einspritzventil führt, ausgestattet. Ein von einer zweiten Feder auf einen Ventilsitz gedrücktes Magnetventil steuert eine Verbindung vom Common-Rail Druckspeicher über einen Kanal zu einem Druckraum und steuert somit ein von einer ersten Feder in Schließrichtung beaufschlagtes Ventilglied. Das Ventilglied gibt Einspritzöffnungen im Einspritzventil frei, wenn das Magnetventil die Verbindung vom Common-Rail Druckspeicher über den Kanal zum Druckraum freigibt und schließt die Einspritzöffnungen, wenn das Magnetventil die Verbindung vom Common-Rail Druckspeicher über den Kanal zum Druckraum schließt. Erfindungsgemäß ist der Zwischenspeicher mit einer Vorrichtung zur Volumenänderung ausgestattet, so daß in bestimmten Lastpunkten eine positive Beeinflussung der Gemischbildung mit geringen Druckanstiegsgeschwindigkeiten dp/dt erreicht wird. Bei großem Volumen des Zwischenspeichers kann ein schneller Druckanstieg erzielt werden, weil der Druckabfall zu Beginn der Einspritzung klein ist. Mit einem kleinen Volumen des Zwischenspeichers kann ein flacher Druckanstieg erzielt werden, weil der Druckabfall zu Beginn der Einspritzung groß ist. Beispielsweise kann gemäß der Erfindung bei geringer Last der Brennkraftmaschine ein kleines Volumen des Zwischenspeichers eingestellt werden, so daß geringe Druckanstiegsgeschwindigkeiten dp/dt erreicht werden. Die Vorrichtung zur Volumenänderung ist von einer Kennfeldsteuerung der Brennkraftmaschine betätigt, so daß ein zu jedem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine optimales Volumen des Zwischenspeichers und damit optimale Einspritzverlaufsformung erzielt wird.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung zur Volumenänderung einen zweiten Speicher auf der schaltbar mit dem Zwischenspeicher in Verbindung steht.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung zur Volumenänderung einen verstellbaren Schieber im Zwischenspeicher auf.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen mit variablem Zwischenspeicher gemäß der Erfindung,

Fig. 2 den Druckverlauf in der Einspritzdüse und die Einspritzmenge für eine Einspritzung bei einer Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen mit kleinem Zwischenspeicher und

Fig. 3 den Druckverlauf in der Einspritzdüse und die Einspritzmenge für eine Einspritzung bei einer Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen mit großem Zwischenspeicher.

Fig. 1: Ein Einspritzventil 1 einer Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen weist ein in einer Längsrichtung des Einspritzventils 1 verschiebliches Ventilglied 2 auf. Das Ventilglied 2 ist an einem oberen Abschnitt mit größerem Durchmesser flüssigkeitsdicht im Einspritzventil 1 geführt, und ist an einem unteren Abschnitt kleineren Durchmessers in einer Bohrung 3 angeordnet, von der Einspritzöffnungen 4 ausgehen. Auf den oberen Abschnitt des Ventilglieds 2 wirkt eine erste Feder 6, die sich an einer im Einspritzventil 1 gehaltenen Scheibe abstützt und das Ventilglied 2 in Richtung auf die Einspritzöffnungen 4 drückt.

Ein Kanal 5 verbindet einen Druckraum 7 mit einem ersten Ringraum 9 im Einspritzventil 1. Im Ringraum 9 ist ein Magnetventil 8 enthalten. Ein den Einspritzöffnungen 4 zugewandter kegelstumpfförmiger Abschnitt des Magnetventils 8 kann an einem Ventilsitz 10 im Einspritzventil 1 zur Anlage kommen. Ein relativ zum Ringraum 9 von den Einspritzöffnungen 4 abgewandter kegelstumpfförmiger Abschnitt des Magnetventils 8 kann an einem Ventilsitz 17 im Einspritzventil 1 zur Anlage kommen.

Eine Leitung 11 entsorgt Kraftstoff aus dem Einspritzventil 1 in ein Kraftstoffreservoir 12. Aus dem Kraftstoffreservoir 12 fördert eine Kraftstoffpumpe 15 kontinuierlich Kraftstoff in einen Common-Rail Druckspeicher 14. Der Common-Rail Druckspeicher 14 ist über eine Leitung 16 mit einem zweiten Ringraum, der ebenfalls das Magnetventil 8 enthält und relativ zu dem ersten Ringraum 9 von den Einspritzöffnungen 4 abgewandt ist, im Einspritzventil 1 verbunden.

Das Magnetventil 8 ist mit einer Scheibe 18 versehen, auf der sich eine zweite Feder 19 abstützt. Eine Scheibe 20 ist im Einspritzventil 1 befestigt und dient der zweiten Feder 19 als Anlage. Der zweite Ringraum ist flüssigkeitsdicht von dem Raum, in dem die zweite Feder 19 angeordnet ist, getrennt. Eine Platte 21 des Magnetventils 8 ist von einer magnetisch wirkenden Vorrichtung 22 betätigt.

Die Leitung 16 ist mit einem Zwischenspeicher 13 ausgestattet, der eine Vorrichtung zur Volumenänderung 23, z. B. einen Schieber enthält, mit dem das Volumen des Zwischenspeichers 13 variiert werden kann. Schieber 23 ist mit einer Kennfeldsteuerung der Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) verbunden, so daß die Position des Schiebers 23 im Zwischenspeicher 13 in Abhängigkeit vom Lastzustand oder Betriebspunkten der Brennkraftmaschine das Volumen des Zwischenspeichers bestimmt.

Verfahren zum Betrieb der Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen mit variablem Zwischenspeicher

Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird dem Common-Rail Druckspeicher 14 von der Kraftstoffpumpe 15 kontinuierlich Kraftstoff mit einem Druck zugeführt, der ungefähr dem höchsten Einspritzdruck der Kraftstoffeinspritzanlage entspricht.

Auf ein Steuersignal von beispielsweise der Kennfeldsteuerung der Brennkraftmaschine hebt die magnetisch wirkende Vorrichtung 22 das Magnetventil 8 gegen die Kraft der zweiten Feder 19 von dem Ventilsitz 17 ab und gibt den Kraftstoffluß vom Common-Rail Druckspeicher 14 über Ringraum 9 und Kanal 5 zu dem Druckraum 7 frei. Das Magnetventil 8 kommt in seiner Bewegung in Richtung zu der magnetisch wirkenden Vorrichtung 22 in Anlage an Ventilsitz 10 und versperrt den Weg des Kraftstoffs vom Ringraum 9 zu der Leitung 11, so daß der Common-Rail Druck im Druckraum 7 anliegt.

Der Common-Rail Druck in Druckraum 7 hebt das Ventilglied 2 entgegen der Kraft der ersten Feder 6, so daß Kraftstoff durch die Einspritzöffnungen 4 fließt, und die Einspritzung erfolgt. Gibt die magnetisch wirkende Vorrichtung 22 das Magnetventil 8 frei, drückt die zweite Feder 19 das Magnetventil 8 auf den Ventilsitz 17 und trennt somit den Ringraum 9 vom Common-Rail Druckspeicher 14. Ringraum 9 ist über die Leitung 11 mit Umgebungsdruck beaufschlagt, der über Kanal 5 auch in Druckraum 7 anliegt, so daß Ventilglied 2 von der ersten Feder 6 zu den Einspritzöffnungen 4 gedrückt wird, und die Einspritzung beendet ist.

Bei niedriger Last der Brennkraftmaschine verkleinert der Schieber 23 das Volumen des Zwischenspeichers 13, so daß aufgrund eines stärkeren Druckabfalls in der Einspritzleitung zu Beginn eine Einspritzung mit flachem Druckanstieg und einer Einspritzmenge entsprechend Fig. 2 erfolgt.

Bei hoher Last der Brennkraftmaschine vergrößert der Schieber 23 das Volumen des Zwischenspeichers 13, so daß aufgrund eines weniger stark ausgeprägten Druckabfalls zu Beginn eine Einspritzung mit steilem Druckanstieg und einer Einspritzmenge entsprechend Fig. 3 erfolgt. Die Volumenänderungen des Zwischenspeichers 13 können statt durch einen Schieber 23 auch durch Zu- und Abschalten eines weiteren Speichers (nicht dargestellt) zu dem Zwischenspeicher 13 erreicht werden.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzanlage zur intermittierenden Zufuhr von Kraftstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, mit einem elektrisch betätigten Einspritzventil (1) für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine, einem von einer kontinuierlich fördernden Kraftstoffpumpe (15) beaufschlagten Common-Rail Druckspeicher (14), von dem jeweils eine Leitung (16) mit Zwischenspeicher (13) zu jedem Einspritzventil (1) führt, einem von einer zweiten Feder (19) auf einen Ventilsitz (17) gedrückten Magnetventil (8), das eine Verbindung vom Common-Rail Druckspeicher (14) über einen Kanal (5) zu einem Druckraum (7) steuert, einem von einer ersten Feder (6) in Schließrichtung beaufschlagten Ventilglied (2), das Einspritzöffnungen (4) im Einspritzventil (1) freigibt, wenn das Magnetventil (8) die Verbindung vom Common-Rail Druckspeicher (14) über den Kanal (5) zum Druckraum (7) freigibt, und die Einspritzöffnungen (4) schließt, wenn das Magnetventil (8) die Verbindung vom Common- Rail Druckspeicher (14) über den Kanal (5) zu dem Druckraum (7) schließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenspeicher (13) mit einer Vorrichtung zur Volumenänderung (23) ausgestattet ist, die von einer Kennfeldsteuerung der Brennkraftmaschine gesteuert wird.

2. Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Volumenänderung (23) einen zweiten Speicher enthält, der schaltbar mit dem Zwischenspeicher (13) in Verbindung steht.

3. Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Volumenänderung (23) einen verstellbaren Schieber im Zwischenspeicher (13) aufweist.